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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere einen Verdampfer oder Kondensator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßer als Verdampfer ausgebildeter Wärmeaustauscher ist beispielsweise aus der
DE 102 601 07 A1 bekannt. Dieser weist mäanderförmig gebogene Flachrohre zur Durchleitung eines Kühlmittels auf. Zwischen den Abschnitten der Flachrohre sind Lamellenlagen angeordnet, durch die ein zu kühlendes Medium strömen kann.
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Die Durchströmung der mäanderförmig gebogenen Flachrohre, die in Strömungsrichtung des zweiten Mediums hintereinander angeordnete Einzelkanäle aufweisen, mit dem ersten Medium erfolgt hier derart, dass nebeneinander liegende Strömungspfadabschnitte in entgegengesetzten Richtungen durchströmt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher, insbesondere Verdampfer oder Kondensator bereitzustellen, mit dem die Gefahr einer Einengung der Durchströmungskanäle für das zweite Medium durch Vereisung verhindert oder zumindest verzögert ist und mit dem ein möglichst gleichmäßiger Wärmeaustausch zwischen den beiden Medien ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeaustauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher weist wenigstens zwei mäanderförmig gebogene Flachrohre zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums in einer ersten Strömungsrichtung auf.
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Der Wärmeaustauscher weist des Weiteren mehrere zwischen Mäanderabschnitten der Flachrohre angeordnete Lamellenlagen zur Durchströmung eines zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums in einer zweiten Strömungsrichtung auf.
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Ein Zulauf des Wärmeaustauschers dient der Zuführung des ersten Mediums in die Flachrohre und ein Ablauf dient der Abführung des ersten Mediums aus den Flachrohren
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Der Wärmeaustauscher weist des Weiteren ein die Lamellenlagen und die Abschnitte der Flachrohre umgebendes Gehäuse mit Durchtrittsöffnungen für die Flachrohre auf. Die mäanderförmig gebogenen Flachrohre sind in Strömungsrichtung des zweiten Mediums hintereinander angeordnet.
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Der Zulauf und der Ablauf sind nebeneinander vor einer stirnseitigen Gehäusefläche des Gehäuses angeordnet.
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Jedes der Flachrohre ist mäanderförmig gefaltet vom Zulauf zum Ablauf gebogen ausgebildet, unter Ausbildung wenigstens eines u-förmig gebogenen inneren Teilstücks, das von einem zweiten u-förmig gebogenen äußeren Teilstück umgeben ist, wobei der Verlauf der mäanderförmig Faltung der Flachrohre voneinander verschieden ist.
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Durch die derart gefaltet gebogenen Flachrohre ist es ermöglicht, mit nur einem Zulauf und einem Ablauf, die an einer Stirnseite des Gehäuses des Wärmetauschers angeordnet sind, einen Wärmetauscher bereit zu stellen, bei dem gebogene und in Strömungsrichtung des zweiten Mediums hintereinander angeordnete Flachrohre derart angeordnet sind, dass eine nahezu gleichmäßige Temperierung des zweiten Mediums nach Durchströmen des Wärmeaustauschers ermöglicht ist, ohne für jedes der Flachrohre einen separaten Zulauf und Ablauf bereit stellen zu müssen.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das einer Eintrittsfläche des zweiten Mediums nahe erste Flachrohr derart gebogen ausgebildet, dass ein an den Einlass angeschlossener erster Abschnitt zusammen mit einem zweiten Abschnitt u-förmig gebogen ist und ein an den zweiten Abschnitt anschließender dritter Abschnitt zusammen mit einem an den Auslass angeschlossenen vierten Abschnitt u-förmig gebogen ist, wobei der dritte Abschnitt und zumindest ein Teilstück des vierten Abschnitts zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet sind.
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Das erste Flachrohr ist demgemäß in Gestalt zweier ineinander geschachtelter Us geformt, so dass im Beispiel eines Kältemittels als ersten Medium hier der Bereich der parallel zur Strömungsrichtung des zweiten Mediums den kältesten Bereich bildet und der innere Bereich des Wärmeaustauschers innerhalb des Gehäuses durch den Wärmeaustausch mit dem zweiten Medium einen wärmeren Bereich bildet.
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Entsprechend ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante das einer Austrittsfläche des zweiten Mediums nahe zweite Flachrohr derart gebogen ausgebildet, dass ein an den Einlass angeschlossener erster Abschnitt zusammen mit einem zweiten Abschnitt u-förmig gebogen ist und ein an den zweiten Abschnitt anschließender dritter Abschnitt zusammen mit einem an den Auslass angeschlossenen vierten Abschnitt u-förmig gebogen ist, wobei zumindest ein Teilstück des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts zwischen dem dritten Abschnitt und dem vierten Abschnitt angeordnet sind.
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Demgemäß ist auch das zweite Flachrohr in Gestalt zweier ineinander geschobener Us gebogen, wobei hier gemäß dem obigen Beispiel die beiden inneren Abschnitte die kältesten Bereiche bilden und die äußeren Abschnitte die wärmen Bereiche bilden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen benachbart übereinander angeordnete Lamellenlagen voneinander verschiedene Nockenteilungen auf, was ebenfalls zur Reduzierung der Vereisungsgefahr beiträgt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind zwischen zwei benachbarten, gegenläufig durchströmten Abschnitten der Flachrohre zwei Lamellenlagen angeordnet.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante weisen benachbart übereinander angeordnete Lamellenlagen voneinander verschiedene Offsetlängen versetzt zueinander angeordneter Lamellen auf.
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Zwischen zwei benachbarten Lamellenlagen ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante jeweils ein Zwischenblech angeordnet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Abschnitte der Flachrohre zumindest teilweise parallel zueinander.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Zulauf und der Ablauf rohrförmig, insbesondere zylinderrohrförmig ausgebildet.
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Die Flachrohre sind nach einer vorteilhaften Weiterbildung derart mit dem Zulauf und dem Ablauf verbunden, dass ein großer Durchmesser der Flachrohre parallel zur Längsachse des Zulaufs und des Ablaufs ausgerichtet ist.
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Vorteilhaft, insbesondere hinsichtlich einer einfachen Fertigung, ist desweiteren, wenn die Flachrohre gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante von identischer Formgestalt sind.
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Die Flachrohre sind dabei zur Erreichung einer gegenläufigen Durchströmung benachbarter Flachrohre um 180° gedreht mit dem Zulauf und dem Ablauf verbunden.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische isometrische Darstellung einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers,
- 2 eine isometrische Darstellung des Zulaufs und des Ablaufs sowie der mit diesen verbundenen Flachrohre,
- 3 eine schematische Darstellung der Flachrohre mit Darstellung der Durchströmungsrichtungen des ersten Mediums durch die Flachrohre und durch unterschiedliche Pfeildicken dargestellte Temperaturanstiegsverläufe im Beispiel eines Kältemittels als erstes Medium,
- 4 eine Schnittdarstellung durch einen Wärmeaustauscher mit übereinander angeordneten Lamellenlagen mit voneinander verschiedenen Nockenteilungen und
- 5 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsvariante eines Wärmeaustauschers mit Lamellenlagen mit voneinander verschiedenen Offsetlängen.
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In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Wärmeaustauschers, der Flachrohre, der Lamellenlagen und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers bezeichnet. Der Wärmeaustauscher 1 weist zwei mäanderförmig gebogene Flachrohre 5, 6 zur Durchleitung eines zu kühlenden oder zu erwärmenden ersten Mediums 11 in einer ersten Strömungsrichtung S1 auf.
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Die Flachrohre 5, 6 sind dabei zum einen an einen Zulauf 3 zur Zuführung des ersten Mediums 11 und einen Ablauf 4 zur Abführung des ersten Mediums 11 verbunden.
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Der Zulauf 3 und der Ablauf 4 sind rohrförmig, bevorzugt zylinderrohrförmig ausgebildet.
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Der Zulauf 3, der Ablauf 4 und die Flachrohre 5, 6 sind in weiteren Darstellungen in den 2 und 3 gezeigt, in der der mäanderförmige Verlauf der Flachrohre 5, 6 dargestellt ist.
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Die Flachrohre 5, 6 sind bevorzugt derart mit dem Zulauf 3 und dem Ablauf 4 verbunden, dass, wie in den 1 und 2 dargestellt, ein großer Durchmesser der Flachrohre 5, 6 parallel zur Längsachse des Zulaufs 3 und des Ablaufs 4 ausgerichtet ist.
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Wie in 4 und 5 des Weiteren zu erkennen ist, sind zwischen Mäanderabschnitten der Flachrohre 5, 6 angeordnete Lamellenlagen 7, 8, 9, 10 angeordnet, die von einem zu erwärmenden oder zu kühlenden zweiten Mediums 12 in einer zweiten Strömungsrichtung S2, bevorzugt senkrecht zu der Strömungsrichtung S1 durchströmt werden.
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Ausführungsbeispiele solcher Lamellenlagen sind in den 4 und 5 dargestellt und werden weiter unten näher erläutert.
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Die Lamellenlagen 7, 8, bzw. 9, 10 und Abschnitte der Flachrohre 5, 6 sind von einem Gehäuse 2 umgeben.
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Das Gehäuse 2 weist eine Bodenplatte 21, eine Deckplatte 22 sowie zwei Seitenplatten 23 und 24 auf. Die Seitenplatten 23, 24 sind mit Durchbrechungen versehen, durch die Abschnitte der Flachrohre 5, 6 durchgesteckt sind und dadurch in ihrer Position fixiert sind.
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Wie in sämtlichen Figuren des Weiteren dargestellt ist, sind der Einlass 3 und der Auslass 4 nebeneinander an einer Seite des Gehäuses 2, hier nahe der Seitenplatte 23 angeordnet. Aus den Seitenplatten 23, 24 vorstehend sind außerdem die gekrümmten Bereiche der mäanderförmig gebogenen Flachrohre 5, 6 zu erkennen.
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Wie in den 2 und 3 des Weiteren zu erkennen ist, ist jedes der Flachrohre 5, 6 mäanderförmig gefaltet vom Zulauf 3 zum Ablauf 4 gebogen ist, unter Ausbildung wenigstens eines u-förmig gebogenen inneren Teilstücks, das von einem zweiten u-förmig gebogenen äußeren Teilstück umgeben ist.
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Der Verlauf der mäanderförmig Faltung der Flachrohre 5, 6 ist dabei voneinander verschieden.
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Die beispielsweise in 2 gezeigten Ausführungsvarianten der mäanderförmig gebogenen Flachrohre 5, 6 weisen insgesamt je vier hier parallel zueinander verlaufende Abschnitte 51, 52, 53, 54, 61, 62, 63, 64 auf.
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Dabei ist das einer Eintrittsfläche des zweiten Mediums 12 nahe erste Flachrohr 5 derart gebogen ausgebildet, dass ein an den Einlass 3 angeschlossener erster Abschnitt 51 zusammen mit einem zweiten Abschnitt 52 u-förmig gebogen ist und ein an den zweiten Abschnitt 52 anschließender dritter Abschnitt 53 zusammen mit einem an den Auslass 4 angeschlossenen vierten Abschnitt 54 u-förmig gebogen ist.
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Der dritte Abschnitt 53 und ein Großteil des vierten Abschnitts 54 sind dabei zwischen dem ersten Abschnitt 51 und dem zweiten Abschnitt 52 angeordnet.
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Von dem vierten Abschnitt 54 ragt lediglich das Anschlussstück zum Auslass 4 aus dem durch den ersten Abschnitt 51 in den zweiten Abschnitt 52 gebildeten U hervor.
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Das in Strömungsrichtung S2 des zweiten Mediums 12 in 2 untere zweite Flachrohr 6 ist, wie in der schematischen Schnittdarstellung in 3 gezeigt, derart gebogen ausgebildet, dass ein an den Einlass 3 angeschlossener erster Abschnitt 61 zusammen mit einem zweiten Abschnitt 62 u-förmig gebogen ist und ein an den zweiten Abschnitt 62 anschließender dritter Abschnitt 63 zusammen mit einem an den Auslass 4 angeschlossenen vierten Abschnitt 64 u-förmig gebogen ist.
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Hier ist ein Teilstück des ersten Abschnitts 61 und des zweiten Abschnitts 62 zwischen dem dritten Abschnitt 63 und dem vierten Abschnitt 64 angeordnet.
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Wie in 3 des Weiteren zu erkennen ist, ist durch diese Anordnung der Flachrohre 5, 6 eine optimale Temperaturverteilung innerhalb des Wärmeaustauschers 1 ermöglicht.
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In 3 sind zur Veranschaulichung unterschiedlich dicke Pfeile dargestellt, die den Temperaturanstieg eines in diesem Beispiel als Kältemittel ausgebildeten ersten Mediums schematisch veranschaulichen.
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Dementsprechend ist in dem Eintritt des zweiten Mediums nahen ersten Flachrohr 5 der Temperaturanstieg des hier ein Kältemittel bildenden ersten Mediums 11 dergestalt, dass das durch den ersten Abschnitt 51 in den zweiten Abschnitt 52 gebildete äußere U des ersten Flachrohrs 5 den kältesten Bereich bildet, während die das innere U bildenden Abschnitte 53, 54 durch den bereits erfolgten Wärmeaustausch mit dem zweiten Medium 12 einen wärmeren Bereich bilden.
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Bei dem zweiten Flachrohr 6 ist durch die Formgestaltung dieses Flachrohrs 6 eine umgekehrte Temperaturverteilung gegeben. Hier bilden der vom noch sehr kalten Kältemittel durchströmte erste Abschnitt 61 und zweite Abschnitt 62 das innere U, während das durch den bereits erfolgten Wärmeaustausch leicht angewärmte Kältemittel anschließend die Außenbereiche des Wärmeaustauschers 1 durch die Abschnitte 63 und 64, die das äußere U bilden, durchströmt.
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Diese Formgestaltung der Flachrohre 5, 6 ermöglicht, dass das zweite Medium 12, beispielsweise zu kühlende Luft im Eintrittsbereich des Wärmeaustauschers 1 zunächst in den Außenbereich hin stärker abgekühlt wird als im zentralen Bereich, jedoch im hinteren, dem Austrittsbereich näheren Bereich des Wärmeaustauschers 1, in dem das zweite Flachrohr 6 angeordnet ist, die Au-ßenbereiche weniger stark gekühlt werden als die inneren Bereiche, so dass insgesamt ein Temperaturgradient von gemittelten Temperaturen des ersten Mediums 11 in jeweiligen in Strömungsrichtung des zweiten Mediums 12 hintereinander angeordneten Abschnitten 51, 61, 52, 62, 53, 63, 54, 64 der Flachrohre 5,6 minimiert ist.
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Denkbar ist auch, die Flachrohre 5, 6 unter Ausbildung von mehr als zwei ineinander liegenden u-förmig gebogenen Teilstücken zu falten.
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Die Flachrohre 5, 6 sind, wie in 2 dargestellt, bevorzugt von identischer Formgestalt.
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Die beiden in 2 dargestellten Flachrohre 5, 6 sind dabei um 180° gedreht um eine senkrecht zu den Längsachsen des Zulauf 3 oder Ablaufs 4 gedachte Drehachse parallel zueinander mit dem Zulauf 3 und dem Ablauf 4 verbunden.
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Zur weiteren Verbesserung des Wärmeaustauschers 1 sind, wie beispielhaft in 4 dargestellt ist, benachbart übereinander angeordnete Lamellenlagen 7, 8 so ausgebildet, dass sie voneinander verschiedene Nockenteilungen T1 , T2 aufweisen. Dies ermöglicht, eine Verkleinerung des Luftströmungsquerschnittes durch Eisbildung aus der Kühlluft zu verzögern.
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Bei der alternativen in 5 gezeigten Ausführungsvariante des Wärmeaustauschers 1 werden innerhalb des Gehäuses Lamellen gleicher Teilung eingesetzt, die jedoch unterschiedliche Offsetlängen S1 , S2 versetzt zueinander angeordneter Lamellen aufweisen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist zwischen zwei benachbarten Lamellenlagen 7, 8, 9, 10 jeweils ein Zwischenblech 13 angeordnet.
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Die unterschiedlichen Offsetlängen dienen dabei ebenfalls der Verzögerung von Eisbildung aus der das zweite Medium bildenden Kühlluft.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmeaustauscher
- 2
- Gehäuse
- 21
- Bodenplatte
- 22
- Deckplatte
- 23
- Seitenplatte
- 24
- Seitenplatte
- 3
- Einlass
- 4
- Auslass
- 5
- Flachrohr
- 51
- erster Abschnitt
- 52
- zweiter Abschnitt
- 53
- dritter Abschnitt
- 54
- vierter Abschnitt
- 6
- Flachrohr
- 61
- erster Abschnitt
- 62
- zweiter Abschnitt
- 63
- dritter Abschnitt
- 64
- vierter Abschnitt
- 7
- Lamellenlage
- 8
- Lamellenlage
- 9
- Lamellenlage
- 10
- Lamellenlage
- 11
- erstes Medium
- 12
- zweites Medium
- 13
- Zwischenblech
- T1, T2
- Teilung
- S1, S2
- Offsetlänge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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